石灰水的成分分析方法

水泥工业生产现状及其低碳胶凝材料研究进展

在世界范围内，混凝土和砂浆等水泥基材料是应用最广泛和使用量最大的建筑材料。水泥的生产过程对环境的污染和十分严重。

一、水泥工业生产现状

目前生产水泥熟料的主要原材料是石灰石和粘土，这些资源都属于不可再生资源。开采矿山获取石灰石对自然环境的也很严重。在我国，生产一吨水泥熟料需要约1.3吨石灰石和约0.3吨粘土，水泥工业对不可再生自然资源的依赖性非常大。

水泥工业是一个高能耗产业。水泥生产过程中，对生料的烘干、破碎、球磨，以及水泥生料的煅烧和水泥熟料及水泥混合材的球磨都需要消耗大量能源，主要是煤炭和电力。

最重要的是，在生产水泥的过程中，由于石灰石的分解以及生产过程中的电耗和煤耗都会产生大量的碳排放。目前，生成一吨硅酸盐水泥会产生约0.8-1.0吨的碳排放量，水泥工业占据了全球总碳排放量的8%-9%和总能耗的2%-3%。

近年来，空气中的CO2浓度持续上升，已引起全球关注。越来越多的专家开始呼吁在国内实施碳税来促进行业转型，减少碳排放量。

二、低碳胶凝材料研究进展

为了降低水泥基材料在生产过程的能耗和碳排放，一种常见的方式是使用辅助胶凝材料替代部分硅酸盐水泥或水泥熟料，制备复合胶凝材料。常用的辅助胶凝材料包括粉煤灰、矿渣粉、天然火山灰、硅灰、石灰石粉等。这些辅助胶凝材料在世界范围内已被广泛使用。

除此之外，还有化学激发胶凝材料、低温煅烧水泥等其他低碳胶凝材料。化学激发胶凝材料是通过化学激发手段制备的新型低碳胶凝材料，根据激发剂的碱性强度可以分为强碱性激发剂、中等碱性激发剂、弱碱性激发剂及中性激发剂。低温煅烧水泥主要是指熟料煅烧温度低于1450C的水泥，如硫铝酸盐水泥、高贝利特水泥等。

目前的研究仍存在一些问题。例如，对于大量低活性的工业固体废弃物，如低钙粉煤灰，其在复合胶凝材料中的掺量仍然有限。过高的矿渣粉掺量会导致复合胶凝材料力学性能严重降低并影响抗碳化性能。化学激发胶凝材料存在收缩值较大、凝结硬化过快及泛碱等问题。低温煅烧水泥的煅烧温度仍难以低于1300C，对能耗和碳排放的减少潜力相对有限。

三,石灰基低碳胶凝材料的研究进展

本研究在借鉴和结合复合胶凝材料、化学激发胶凝材料及古罗马混凝土的各自特点和优势的基础上，首先通过试验研究和理论计算，以大掺量低钙粉煤灰和矿渣粉组成的活性混合材作为低碳胶凝材料主体，并采用少量的硅酸盐水泥（≤20%）和适量的石灰及石膏设计和制备了新型石灰基低碳胶凝材料（简称LCM）。对其宏观性能、蒸养制度、水化特性及其对环境的影响（能耗和碳排放值）进行了系统的研究和分析。为了进一步提高LCM的力学性能，采用化学激发剂和高活性矿物掺合料对其进行改性研究。最后考虑到LCM碱度较低，对其碳化性能给予关注，研究了LCM的抗碳化性能并与同强度等级的硅酸盐水泥进行了对比研究。

主要研究成果如下：

1. 采用矿渣粉和粉煤灰按合理比例复合组成混合材，以适量石灰、石膏及少量硅酸盐水泥作为混合材激发剂制备的LCM，既可以获得较高的力学性能，也可以提高粉煤灰在混合材中的利用率。考虑到部分未反应氢氧化钙作为碱储备对LCM水化产物稳定、抗碳化性能和护筋性能优良以及混合材继续水化的必要性，计算得到了不同条件下LCM中石灰最佳掺量范围。当水胶比为0.3时，LCM最优配比28d抗压强度可达50MPa，继续养护力学强度仍会有所提高。此外还对LCM的凝结时间、流动性等进行了优化研究。

2. 提高LCM中硅酸盐水泥的细度可提高LCM的早期强度但对后期强度影响不大；提高混合材的细度则可提高LCM各龄期的强度。由于大量混合材的掺入导致LCM凝结时间增加而石灰的存在降低了LCM浆体的流动度因此需要对其进行蒸汽养护以快速增加强度。经过蒸养后LCM的抗压强度可达50MPa且后期力学强度和标准养护LCM接近。对LCM的水化产物进行了系统研究主要水化产物为钙矾石和低钙硅比的C-(A)-S-H凝胶二者在质量分数分别为10%-15%和15%-20%。与硅酸盐水泥相比LCM对环境的影响较小其单位质量的碳排放和能耗均远低于硅酸盐水泥。此外还研究了LCM的耐久性如